烟气回收技术

烟气回收技术（精选十篇）

烟气回收技术 篇1

氧气转炉炼钢采用吹氧冶炼, 在吹炼过程中, 其烟气量烟气成份和烟气温度随冶炼阶段呈周期性变化。同时在吹炼过程中, 会产生大量烟尘和CO气体, 特别在吹炼中期CO浓度可达80% 以上, 一般情况下, 转炉煤气成份中CO的含量占55 ~ 66% ( 体积百分比) , 其烟尘成份中金属铁占13% , Fe O占68. 4% , Fe2O3占6. 8% , 当CO含量在60% 左右时, 其热值可达8 000 KJ/Nm3, 而烟尘量一般为10 ~ 20kg / t钢。从中可以看出, 在氧气转炉炼钢中, 转炉煤气中CO含量很高, 烟尘中铁含量也很高, 因此都有很高的回收利用价值。通过转炉煤气的回收, 不仅可以节约大量能源, 而且对烟尘加以综合利用, 变废为宝, 同时又净化了大气环境。

2 工艺流程与技术特点

2. 1 工艺流程

转炉煤气干法除尘系统工艺流程为: 约1550℃的转炉烟气在ID风机的抽引作用下, 经过烟气冷却系统 ( 活动烟罩、热回收装置及汽化冷却烟道) , 使温度降至800 ~ 1 200 ℃ 后进入蒸发冷却器。蒸发冷却器内有若干个双介质雾化冷却喷嘴, 对烟气进行降温、调质、粗除尘, 烟气温度降低到150 ~ 200℃ , 同时约有40% 的粉尘在蒸发冷却器的作用下被捕获, 形成的粗颗粒粉尘通过链式输送机输入粗灰料仓。经冷却、粗除尘和调质后的烟气进入圆筒形静电除尘器, 烟气经静电除尘器除尘后含尘量降至10 mg / m3以下。静电除尘器收集的细灰, 经过扇形刮板器、底部链式输送机和细灰输送装置排到细烟尘仓。经过静电除尘器精除尘的合格烟气通过煤气冷却器降温到70 ~ 80℃ 后进入煤气柜, 氧含量>2% 的煤气通过火炬装置放散。整套系统采用自动控制, 与转炉的控制相结合。

流程图如下:

2 技术优势

目前国内大多数转炉一次烟气处理使用的是湿法除尘工艺, 只有2008 年以后新建项目的转炉一次烟气除尘采用的是干法除尘系统工艺技术, OG法除尘工艺排放基本在80 ~ 100 mg /Nm3, 远高于国家新标准规定的50 mg /Nm3, 且系统耗电量高 ( 吨钢耗电量约10KWh) , 耗水量大 ( 吨钢耗水量约0. 2m3) , 水处理复杂, 煤气回收量小, 运行维护费用高, 环境污染严重, 工作环境差。

干法除尘相对于湿法除尘有以下优势:

1) 除尘效率高, 进入煤气柜煤气的含尘量≤10mg / Nm3, 回收的煤气不用进行二次除尘;

2) 系统阻力小, 耗能低, 风机运行费低;

3) 设备占地面积小, 基本为湿法的1/2;

4) 设备寿命长, 维修工作量小;

5) 全蒸发干式系统, 省去污水处理系统和二次污染;

6) 回收煤气相对较多, 较湿式系统吨钢多回收20 ~ 30 m3, 回收的含铁粉尘较多;

7) 技术含量高, 完全符合“循环经济”、“节能降耗”的政策方针。

3 主要设备组成及特点

3. 1 蒸发冷却器 ( EC)

蒸发冷却器是通过喷淋系统将雾化后的冷却水喷入蒸发冷却器中, 直接冷却烟气, 入口烟气温度为800 ~ 1 000 ℃ , 通过降温后烟气温度达250 ~ 300℃ 。冷却水的雾化通过双流喷嘴实现, 水量均由切断阀和调节阀根据蒸发冷却器的出入口温度和烟气量的数学计算模型进行在线自动控制调节。

蒸发冷却器还有对烟气进行调节改善的功能, 即在降低气体温度的同时提高其露点, 改变粉尘比电阻, 有利于在静电除尘器中将粉尘分离出来。除了烟气冷却和调节以外, 占烟气中总灰尘含量约40% 的粗灰也在蒸发冷却器中进行收集, 两者的共同作用可有效提高电除尘器的收尘效率。

蒸发冷却器在整个干法除尘系统中起到降温、调节烟气比电阻、粗除尘三个作用。

3. 2 静电除尘器 ( ESP)

静电除尘器的作用是收集转炉烟气中的粉尘。含尘烟气进入静电除尘器后, 通过高压硅整流变压器和其控制系统, 施加给放电极负的高压, 使得在放电极和收尘极之间形成可电离气体被电离, 在电场力的作用下, 向极性相反的方向运动, 气体正离子很快被放电极捕集, 而大量气体负离子在电场力作用下向收尘极运动, 气体负离子在运动过程中与粉尘碰撞并附着在粉尘上, 使粉尘荷电, 荷电粉尘向收尘极运动直至被收尘极捕获。粉尘附着到极板一定厚度后, 通过振打清灰装置将粉尘震落到除尘器下部, 再通过刮灰装置将粉尘刮到内置链式输灰机内, 进而通过输灰系统将粉尘输送到储灰仓。此外, 为避免转炉吹氧过程中除尘器内发生爆燃, 除尘器设计成耐压力波动的结构, 并且在入口和出口处装有压力释放阀。泄爆阀的开关位置由三个限位开关检测。

转炉煤气干法电除尘器主要由圆筒形壳体、收尘部分、清灰系统和输灰系统等组成。由于转炉烟气中含有大量的CO可燃气体, 易产生爆炸, 除尘器被设计成圆筒形, 并在进出口喇叭上设有相应的安全防爆门, 以消除在生产过程中可能产生的压力冲击波, 一旦煤气和空气混合, 发生突然燃烧压力升高时, 可有效地进行卸压, 不致损坏设备。

电除尘器一般配有四个电场, 经电除尘器处理的烟气含尘浓度要求小于10 mg /Nm3, 电除尘器收尘部分的极配形式必须适应转炉要求的工艺特点, 一般采用板线结构, 集尘极捕集的粉尘通过机械振打和一种特殊的刮灰装置, 将粉尘集中到底部的链式输送机中, 经双层卸灰阀排出。

3. 3 轴流风机 ( ID) 系统

由于干法净化回收系统的系统阻力较小, 系统所要求的风机压头较低, 功率消耗也相对较小, 因此采用轴流风机。轴流风机将转炉在生产过程中产生的烟气和粉尘吸到除尘器内, 通过除尘器对转炉烟气进行净化, 净化后的转炉烟气被送往煤气柜或者排放到大气内。

当系统进入回收状态时, 风机出口需要较高的压力 ( 根据回收系统阻力和煤气柜的压力确定) , 需要对系统的压力和流量进行控制。这个功能是由电机通过变频调速实现的。炉口微差压也是通过轴流风机变频调速来控制的。

3. 4 煤气切换站

从风机到放散烟囱、煤气冷却器之间的烟气管道设有具备切换功能的阀门, 即煤气切换站, 煤气切换站位于轴流风机之后, 负责根据转炉煤气的CO及O2的含量情况进行放散或者回收操作。煤气切换站的入口管道上安装有激光式气体分析仪, 对转炉煤气中的CO及O2进行检查。当CO含量小于30% , 或O2大于1% 时切换站将烟气送至放散塔放散。当CO含量大于30% , 并且O2小于1% 时切换站将转炉煤气送至煤气冷却器进行冷却降温。

煤气切换站主要由放散阀和回收阀构成。两个阀均采用液压站进行驱动控制, 通过程序控制能实现放散与回收之间转炉煤气平稳的切换, 当实现放散时, 液压系统通过控制比例阀的开度, 控制放散杯阀打开, 回收杯阀关闭, 将煤气输送到放散塔; 实现回收时, 控制回收杯阀打开, 放散杯阀关闭, 将煤气输送给煤气冷却器, 直至煤气柜。

3. 5 煤气冷却器 ( GC)

煤气冷却器在静电除尘器后主要起洗涤降温作用, 把经过静电除尘器除尘的合格烟气 ( 150 ~ 200℃ ) 降温到72℃ 以下后排入煤气柜。煤气冷却器内上部装有喷水系统, 通过对CO气体直接喷水冷却, 使得回收的CO气体温度降低, 体积缩小。含尘量达到10 mg /m3。

3. 6 放散烟囱

在吹炼过程中, 由于转炉烟气中CO浓度是不断变化的, 在吹炼前期和后期, 非吹炼期间的废气或不符合回收条件的烟气则经过除尘器净化后, 通过放散杯阀, 进入放散烟囱排放。放散塔与放散阀的出口相连接, 不合格的转炉煤气通过放散塔点火后进行放散。为了确保系统的安全, 放散塔配有氮气引射系统及氮气灭火系统, 当风机出现故障停机时, 氮气引射系统将管道中的剩余煤气排出确保系统安全。

3. 7 粉尘排放设备 ( 即EC粗输灰系统和EP细输灰系统)

主要通过双排链式结构的输灰链条将由EC系统和EP系统产生的粉尘输送到储灰罐中, 达到粉尘的排放功能。

3. 8 控制系统

转炉干法除尘控制系统共分三个控制回路: 蒸发冷却器的温度控制、风机流量控制、切换站气体成分控制。

整个控制系统的关键之一是蒸发冷却喷雾冷却的控制, 蒸发冷却器的温度根据生产的不同阶段, 控制蒸汽量和水量, 使蒸发冷却器出口煤气温度稳定在合适区间。这个环节控制不好, 直接影响到电除尘器的工作效果。

整个控制系统的关键之二是静电除尘器的高压变压整流设备的控制, 根据吹炼、停吹、振打等三种工作状态, 进行火花跟踪控制、间歇供电、反电晕检测、峰值跟踪控制并提供各种保护功能, 按设定好的程序对电压和电流进行调节, 以发挥最大的电流效率, 确保安全生产。

切换站气体成分控制是在规定的时间内根据烟气成分分析确定切换站的动作。

转炉煤气干法除尘系统自动化控制范围从汽化冷却烟道开始到煤气冷却器结束, 其自动化控制水平高, 具有自适应功能的控制软件, 使得干法除尘系统的运行更加符合炼钢工艺的实际变化情况。

4 国产化应用

随着对转炉煤气干法净化回收工艺与系统装备基理的研究深化, 加之节能环保形势的迫切性, 将大大加速转炉煤气干法净化回收成套技术装备的国产化进程, 并将取得更大的经济社会效益。通过多年实践, 我公司在转炉烟气净化回收领域积累了丰富的经验, 不断优化和改进, 在转炉干法净化回收技术装备国产化方面取得了长足的进步。

4. 1 泄爆阀的国产化应用

电除尘器是转炉干法除尘系统工艺中精除尘的重要设备, 而电除尘器上部的泄爆阀是转炉煤气干法除尘系统中的安全设备, 特别是在双联冶炼的工艺操作下, 炼钢废气系统在电除尘器的内部通道中形成柱塞型式的流动状态, 边界时常由于电除尘器内部构件产生涡流而形成具有爆炸危险的混合气体, 严重威胁着转炉煤气干法除尘系统的安全运行, 通过设置泄爆阀能够很好地实现安全生产。

电除尘器上部的泄爆阀是整个除尘系统运行的关键设备, 长期依赖进口, 价格昂贵。我公司通过系统全面地研究泄爆阀的工作原理、结构型式、主要材质、试验元素, 搭建试验台, 进行性能试验, 完成泄爆阀的设备开发, 极大地促进了国内转炉煤气干法除尘技术的发展与推广。

4. 2 放电极振打方式改进

改进前:顶部凸轮机构改进后:拨叉振打机构

改进后优点:

1) 凸轮提升系统易出现故障, 检修更换较为困难; 而拨叉振打运行稳定, 不易出现故障, 且检修维护简单易行;

2) 拨叉振打加工简单, 加工周期短;

3) 可实现放电极振打锤的旋转, 避免像凸轮提升振打造成的粉尘的二次飞扬;

4) 我公司已为此申请了相关专利;

5) 拨叉振打已在转炉煤气干法除尘项目中广泛应用, 业主反映强烈, 部分凸轮提升业主以主动要求改造。

4. 3 振打砧子改进

改进后优势:

1) 大幅度增加振打砧子强度, 使其不易变形, 可有效减少振打锤打偏等故障;

2) 砧头由圆钢加工而成加工简单, 可缩短加工周期及加工成本;

3) 此砧子已在我公司各类型电除尘器上广泛使用超过百台, 效果明显。

4. 4 极线的改进

放电极阴极线由整体螺杆线代替原来的焊接线。整条极线是用圆钢一次轧制而成, 彻底解决了原焊接线因螺杆点焊不牢、长期使用腐蚀等原因而引起的断线、掉线问题, 整体极线为国内首创, 已获国家专利。

4. 5 “豆芽”锤应用

改进后优点:

1) 更改锤与轴的连接形式, 减少掉锤和打偏现象;

2) 更改后振打锤的加工工艺更加简单 ( 易于加工) ;

3) 更改后振打锤具有较小的回转半径获得较大振打力的优势, 增加了清灰效果;

4) 已获国家专利;

5) 已广泛使用于我公司生产的电除尘器中, 并在使用过程中得到了业主的一致好评!

4. 6 国产化应用业绩 ( 部分)

5 前景

烟气回收技术 篇2

氧化镁湿法烟气脱硫回收工艺的技术经济可行性初步分析

介绍了回收结晶硫酸镁的氧化镁湿法烟气脱硫工艺的基本工艺流程,在抛弃法脱硫系统上所作的工业试验证明了吸收液循环提浓MgSO4的可行性.参照工业硫酸镁生产工艺对130t/h燃煤锅炉烟气脱硫作了回收工艺的投资效益分析和整体工艺的`经济性评价,结果表明回收工业硫酸镁具有良好的经济效益.

作 者：柴明 崔可 徐康富 马永亮 Chai Ming Cui Ke Xu Kangfu Ma Yongliang  作者单位：清华大学环境科学与工程系大气污染控制研究所,北京,100084 刊 名：环境污染治理技术与设备  ISTIC PKU英文刊名：TECHNIQUES AND EQUIPMENT FOR ENVIRONMENTAL POLLUTION CONTROL 年，卷(期)： 7(4) 分类号：X511 关键词：氧化镁   烟气脱硫   硫酸镁  

烟气回收技术 篇3

关键词:锅炉;烟气余热;回收;利用率

中图分类号:TK223文献标识码:A文章编号:1006-8937(2009)10-0159-01

目前,节能已是我国经济发展的一项长远战略计划,也是当前一项紧迫的任务。当前,全社会都在开展节能降耗,缓解能源压力,建设节能型社会,而工业锅炉余热资源的回收利用是节约能源的重要措施,工业锅炉排烟余热所占锅炉热量比重较大。如果不控制锅炉烟气余热,将会给地球环境和资料带来极大的危害。

1锅炉烟气余热问题分析

大型锅炉都安装有铸铁管或不锈钢式省煤器,用来助燃空气或预热锅炉给水,但是由于石油、煤、天然气燃料中均含有硫,在燃烧时,硫氧化物的产生是必不可少的,它与水蒸气结合后即形成硫酸蒸汽。当锅炉尾部受热面的金属壁面温度低于硫酸蒸汽的凝结点(称为酸露点),就会在其表面形成液态硫酸(称为结露)。长久以来,省煤器等物体由于结露引起腐蚀,甚至还会穿孔,这种现象时常发生,严重影响了锅炉的运行安全,所以目前的锅炉都是通过提高排烟温度来缓解结露和腐蚀现象的产生,致使锅炉烟气温度很高,从而导致大量热量散发到大气中,浪费资源又污染环境。

据相关数据表明,一般工业锅炉的热效率约为60～70%,它的排烟温度大概在250℃～350℃之间,而导热油炉,排烟温度更是达到280℃以上,大量余热未充分利用,如果把这些烟气直接排放到空气中,这不但会导致气温升高,污染了环境,而且极大的浪费了能源。因此降低锅炉烟气温度已成为锅炉节能的一个重要途径,同时又必须解决锅炉低温腐蚀的难题。

但是,在进行烟气余热回收利用实现节能时,应注意以下几个问题:酸露点腐蚀的部位主要在锅炉的空气预热器后,进一步降低排烟温度和提高热效率,因此要从设计,选材和安装操作等方面采取措施,来防止和减少低温露点腐蚀。

①稍高于烟气露点腐蚀温度。露点防腐蚀的一般方法是通过精心的设计,在效率降低不多的情况下,提高换热面的壁温,使之稍高于烟气露点温度,使之不产生露点,从而防止腐蚀。②选用耐腐蚀材料。比如,我们可以用ND钢(09CrCuSb),因为它具有较高的抵抗低温腐蚀能力,不但能抗硫酸腐蚀,而且在负氯离子中也具有较高的耐蚀性,而它的力学性能与碳钢相当。③加入换热器。锅炉余热回收主要是在烟气进入水膜除尘器前增加烟道截面积,同时再加入一组换热器。的加入会影响到锅炉的排烟流量和排烟阻力,而增加烟道截面积主要是为避免加入换热器后在烟道中形成的阻力。

通过利用热管式换热器的余热回收装置能将烟气中的高品位余热进行回收,可使工业炉效率提高8～10%。它是把传统工业锅炉排出的废烟气,用于提高锅炉软水温度,或用锅炉排出的废烟气,加热锅炉助燃空气提高送风温度,实现节能,这个装置的使用对锅炉效率的提高具有重大的理论与现实意义。

2余热回收装置的使用

热管换热器的使用使锅炉的利用率大有提高,它是通过不同形式的组合,回收锅炉烟气余热,例如:用于预热锅炉助燃空气(空预器);预热锅炉给水(省煤器);生产热水(水加热器);生产蒸汽(余热锅炉)。热管换热器能够将燃气锅炉烟气温度降低至80℃左右,燃柴油锅炉烟气温度降低至100℃左右,这是铸铁管或不锈钢式省煤器或空气预热器无法做到的。

热管是敏度极高的换热元件,它是在真空管内液体之间相互传递热量,真空内部热阻小,具有良好的等温性能等特点,具体表现在:①体积小,传热效率高。热管可以相变传热,还可以在换热流体两侧时肋化,强化其传热。相同热负荷下,可减少管数,可扩大流通面积,可降低流速,这样就大大减轻了他们的磨损,延长换热器的使用寿命。②具有极强的抗腐蚀能力。由于他们之间的传热靠真空管内液体相变进行,由于壁面温度高,而且等温性能好,设计时应该使管壁温度稍高于烟气露点温度,这样烟气冲刷热管时就不会结露,烟气中含硫不会溢出,而是随烟气排出,所以热管、管箱和管道不会被腐蚀。

当然,目前锅炉余热的回收率已经提高了许多,但前面的路还有很远。为了能更好的利用资源,更好的保护我们的环境,所有业内人士还需更加的努力,早日使用更新的技术和材料,来提高锅炉烟气余热的回收利用率,为美化我们的环境尽一份力。

参考文献:

[1] 杨广仁.锅炉烟气余热的回收利用[J].油气田地面工程,2004,(9).

[2] 吴洪春.工业锅炉节能的方向和指标[J].煤炭技术,2004,(9).

工业锅炉烟气余热回收技术及应用 篇4

工业锅炉为工业生产提供工业蒸汽, 是许多行业的重要热能动力设备。目前, 很多工业锅炉排烟温度较高, 在150~250℃之间[1]。高温烟气携带大量热量排空, 不仅造成了资源能源的浪费, 还会对环境产生巨大的危害。因此, 加强对工业锅炉烟气余热回收技术的研究, 不仅能节能减排, 减少对环境的污染, 还可以增加企业的经济效益, 对企业具有非常重要的现实意义。

1 锅炉烟气余热回收技术

锅炉烟气中的热量有两种存在形式:显热和潜热。因为不同类型的锅炉烟气中水蒸气含量不同, 如天然气锅炉烟气中水蒸气为15%~19%、燃油锅炉为10%~12%、燃煤锅炉中一般小于6%, 所以烟气中显热与潜热的比例也不同。对于燃气和燃油锅炉, 既要回收烟气的显热量, 还要对水蒸气冷凝回收潜热;而对于燃煤锅炉, 主要是回收显热, 并注意除尘和脱硫[3]。目前常用的烟气余热回收技术有以下几种。

1.1 加装换热器

燃煤锅炉一般均有省煤器装置, 省煤器多采用板片式、肋管式或者翅片式结构, 但其热交换率往往比较低, 余热回收效果不佳。在省煤器之后加装换热器, 烟气热量可以通过换热器来预热或干燥燃料、加热冷凝水或热网水, 能将品味较低的烟气余热利用起来, 以提高锅炉效率。该方法技术成熟、投资小、简单易行, 能够有效提高燃煤锅炉的运行效率, 但受烟气露点的影响, 对烟气余热无法做到深度回收。该法很适合中小型燃煤锅炉的升级改造。

1.2 热管技术

热管是利用汽化潜热来传递能量的一种高效的传热设备。液体工质汽化吸收烟气废热, 当工质气体到达冷端后液化释放出大量热能。热管具有尺寸小, 传热效率高, 无需外加动力等优势, 节能效果非常明显, 具有广阔的应用前景[4]。但由于由于工质材料的局限性, 目前热管价格偏高, 且在工业领域应用时间不长, 实践过程中出现的灰堵、露点腐蚀等问题还有待解决, 技术还不够成熟, 还需进一步加强应用研究。

1.3 冷凝锅炉

烟气中含有的水蒸气中携带着大量的潜热, 传统的烟气回收只是针对显热, 造成大量潜热损失, 影响锅炉热效率。冷凝锅炉是利用烟气冷凝余热回收装置, 将烟气的显热和水蒸气的潜热用于预热锅炉系统回水、加热生活热水或锅炉补水, 不仅能提高锅炉热效率, 冷凝液对烟气中的NOx还有一定的吸收作用, 能够降低烟气中酸性气体含量, 减少对大气的污染[5]。对于燃气锅炉, 烟气中含有大量的水蒸气, 非常适合使用该技术;对烟气中水蒸气含量居中的燃油锅炉, 该法应用潜力很大, 需进一步加强研究;燃煤锅炉烟气中水蒸气含量较低, 不适用该法。

1.4 其它技术

热泵技术能将热量从低温物体转移到高温物体, 原理与制冷装置一样, 需要消耗一定的外部高品位的能量。热泵系统能够用来回收100~200℃的锅炉烟气热量, 并加以利用。热泵有两种形式:压缩式和吸收式, 压缩式体积较小、效率高, 但消耗能量的品味也较高;吸收式消耗的能量品味较低, 但体积较大。在锅炉烟气余热回收上, 热泵系统可以与接触式冷凝器或者冷凝式热交换器联合使用, 适合热电站大型燃煤锅炉的余热回收, 是未来的重要研究方向。除尘换热一体化技术, 烟气中都带有一定量的灰尘, 尤其是燃煤锅炉。目前, 已有除尘与换热一体化设备, 如日本将旋风除尘器和换热器结合在一起, 回收热量和除尘起到相互促进的作用[6]。

2 民爆行业工程应用分析

2.1 民爆用工业锅炉的特点

在民爆行业中, 锅炉蒸汽主要用于油相、水相材料的加热熔化和物料输送管道夹套的加热与保温[2], 因所需的蒸汽量不大, 锅炉一般为小型工业锅炉。如:贵州久联民爆器材发展股份有限公司下属的某乳化炸药生产线需用蒸汽由6 t/h的燃煤锅炉提供、某膨化硝铵炸药生产线需要2 t/h的燃煤锅炉、某钝感电雷管生产线则有一台6 t/h锅炉和两台4 t/h锅炉。相比大型锅炉, 小型锅炉设计水平差别较大, 节能意识比较淡薄, 使用时工况差异也更大, 余热回收总量较低;另外, 小型锅炉主要以燃煤为主, 烟气中含硫量较大, 余热回收设备容易受到低温腐蚀。这造成了民爆企业普遍存在对锅炉烟气余热回收重视不足的问题, 致使其锅炉的运行效率低于大型锅炉, 尤其是锅炉烟气温度远高于大型锅炉。

2.2 余热回收技术的选择

乳化炸药生产上线某DZL6-1.25-AII燃煤锅炉, 其设计参数为:额定蒸汽压力:1.25MPa, 饱和温度为194℃, 排烟温度为180℃, 煤耗为950 kg/h, 锅炉效率为76.5%, 烟气排放量约为11 400 m3/h。在实际运行时, 烟气平均温度达到248℃, 以此锅炉为例, 对余热回收技术进行工程应用分析。

该锅炉为小型燃煤锅炉, 有省煤器, 但烟气温度过高需要进行余热回收改造。根据其特点, 该锅炉为燃煤锅炉, 烟气中水蒸气含量并不高, 若采用冷凝锅炉技术, 原有设备改造难度大, 能回收的水蒸气潜热量并不大, 不适合;热泵技术尽管换热效率高, 但其费用高, 维护成本也高, 对小型锅炉并不实用;其它技术还未工业推广。综合来看, 加装换热器结构简单、技术成熟、投资少, 故选用该方式对DZL6-1.25-AII燃煤锅炉进行改造。

2.3 换热器设计

在原有省煤器上设计加装无压换热器, 改造后的余热回收装置如图1所示。烟气先经省煤器, 再经过无压换热器进一步回收余热后, 进入除尘器及烟囱;供水流程变为, 水经软化处理后, 先进入无压换热器, 再经省煤器进入锅筒。加装的无压换热器, 采用横水管错列布置。

加装的无压换热器处于烟气温度最低的区域, 容易受到烟气的低温腐蚀。在设计换热器时, 除了保证换热器冷端温度比烟气露点温度高之外, 还要对材质和换热面积进行改进。对于换热器低温段, 采用耐低温腐蚀的ND钢, 并且适当加大钢管的厚度, 从而提高换热器的耐腐蚀性能。

2.4 技术分析

目前烟气温度t1为248℃, 参考烟气定性温度, 定压比热容cp1=1.1 k J/ (kg·℃) , 密度ρ1=0.695 6 kg/m3, 换热器设计的烟气温度t2为180℃, 换热器中回收的烟气余热Q烟=cp1×m× (t1-t2) =1.1 k J/ (kg·℃) ×11 450 m3/h×0.6956 kg/m3× (248℃-180℃) =595 753.58 k J/h

在给水温度t水1为20℃的工况下, 换热器出水温度为t水2, 则水吸收的热量Q水=c水m水 (t水2-t水1) =4.2 k J/ (kg·℃) ×4500 kg/h× (t水2-20℃) 。

忽略换热器损失, Q水=Q烟, 可得出t水2=51.5℃。

将换热器出来的水用来循环时, 因锅炉进水问题升高, 加热生成相同参数蒸汽所需的热量减少, 也就降低了煤耗提高了锅炉效率。降低的标准煤耗量计算公式为

其中η为锅炉效率按设计效率76.5%近似取值, 1 kg标准煤的热值29 270 k J。

可计算得出, 改造后的锅炉每小时能减少煤耗26.6 kg/h, 锅炉效率提高近3%。按照年运行时间6000h计算, 一年能节约煤耗26.6 kg/h×6000 h=159 600 kg≈160t, 按当前市场价600元/t计算, 每年可以节约资金8万元。该换热装置的制造和安装费用为3万元, 约5个月可收回成本。按照年运行时间3000 h来计算, 也可以在约9个月收回成本, 所以该技术制得在生产中推广应用。

通过余热回收利用, 每年减少160t的标准煤消耗, 大约能减少CO2排放70t, SO2排放7.8t, 减少灰渣48t, 能减轻废气、废渣的处理量, 减小废热对环境的危害, 具有良好的环境效益。

3 结语

1) 烟气余热回收是提高锅炉效率的一个重要措施, 也是工业锅炉节能减排的一个发展方向。本文介绍了加装换热器、热管技术、冷凝锅炉及其它技术等几种主要的锅炉烟气余热回收技术, 在生产实践应用时, 要根据不同类型锅炉的特点, 选择合适的余热回收技术。

2) 民爆行业用的大都是小型燃煤锅炉, 普遍存在设计水平低、运行效率低、对节能不够重视等问题, 亟待进行余热回收改造。再以某6 t/h锅炉为例来分析, 加装换热器技术最适合该锅炉的余热回收改造, 在其原有省煤器上设计加装无压换热器, 并进行技术经济分析, 结果表明:加装该换热器装置, 锅炉能减少煤耗26.6 kg/h, 效率提高近3%, 能在短期内收回成本, 并产生较大的经济和环境效益, 值得在生产中应用推广。

摘要：烟气余热回收技术是工业锅炉节能减排的一项重要措施。文中介绍了加装换热器、热管技术、冷凝锅炉、热泵技术等几种主要的余热回收方法;分析了民爆行业使用工业锅炉的特点, 并根据某6t/h燃煤锅炉的特点选择了合理的技术, 然后对加装换热器装置进行了设计, 技术经济分析认为:在该锅炉加装换热器能提升锅炉效率约3%, 有效节能减排, 制得在生产中推广应该。

关键词：工业锅炉,烟气余热回收,工程应用分析,民爆

参考文献

[1]富春光.锅炉烟气余热回收技术的应用探讨[J].热电技术, 2012 (2) :5-9.

[2]卢志坚.新建年产16 000吨乳化炸药生产线项目初步方案设计[D].南京:南京理工大学, 2011.

[3]张润盘, 董丽娟, 辛建华, 等.锅炉烟气余热利用方案研究[J].热力发电, 2013, 42 (11) :107-109.

[4]王璐, 闫润生.热管技术在中低温烟气余热回收中的应用[J].工业锅炉, 2014 (1) :36-38.

[5]王志勇, 刘畅荣, 王汉青, 等.燃油锅炉烟气冷凝余热回收技术探讨[J].建筑热能通风空调, 2010, 29 (3) :78-80.

炼厂烟气CO2回收可行性分析 篇5

炼厂废气的利用一直是近年来关注的一个问题,本文对炼厂烟气CO2收技术进行了对比,并结合炼厂的实际情况对其可行性进行了分析.

作 者：周卫锋  作者单位：胜利油田分公司石油化工总厂,山东,东营,257009 刊 名：中国科技纵横 英文刊名：CHINA SCIENCE & TECHNOLOGY PANORAMA MAGAZINE 年，卷(期)： “”(12) 分类号：X7 关键词：膜分离法   溶剂吸收法   复合缓蚀技术  

烟气回收技术 篇6

针对降低锅炉排烟温度、充分回收烟气余热, 国内外开展了大量研究[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12]。烟气余热回收和利用方式不同, 烟气余热回收系统形式也不同, 主要形式包括:传统低压省煤器烟气余热回收系统、热管式低压省煤器余热回收系统及中间热媒介式烟气余热回收系统等。由于中间热媒介式烟气余热回收系统复杂、运转设备多, 设备维护和运行费用高, 目前在国内应用较少。基于传统低压省煤器节能效果明显, 系统布置简单的优势, 最早在国内火力发电厂中得到应用, 但随着使用年限的加长, 该技术的弊端也逐渐暴露出———在低负荷工况下, 凝结水侧的进口水温通常低于烟气酸露点, 易造成换热设备的低温腐蚀, 给机组的安全运行带来隐患。近些年来, 卧式相变换热技术凭借其可以通过调节凝结水量控制换热器壁面最低温度高于烟气酸露点, 从而避免换热设备低温腐蚀的独特优势, 开始在国内火电厂锅炉尾部烟气余热回收改造中得到了应用。然而, 由于受到相变工质饱和温度的限制, 卧式相变换热器在加热提升凝结水的温度, 排挤的更高抽汽品质的能力比传统低压省煤器要低, 因此节能量受到限制, 使电厂在改造过程中陷入顾此失彼的尴尬处境。

为此, 本文在现有几种烟气余热回收技术的研究基础上, 提出了一种新型烟气余热回收技术———将传统低压省煤器与卧式相变换热器结合, 不仅能够预防烟气余热回收设备酸腐蚀现象, 还能进行深度烟气余热回收, 最大限度抬升凝结水温度, 提高电厂经济效率。

1 新型烟气余热回收系统方案

烟气余热回收系统与给水回热系统连接布置方式的不同对整个烟气余热回收利用系统的经济性、安全性产生较大影响。新型烟气余热回收系统方案设置如图1所示, 在锅炉尾部烟道中布置两级换热器, 第Ⅰ级为传统低压省煤器, 第Ⅱ级为相变换热器, 两级共用一个相变换热汽包。传统低压省煤器与相变换热器布置在空气预热器出口烟道上, 相变换热汽包布置在烟道外部相变换热器上方一定高度位置, 与相变换热器保持一定高度差, 形成闭式自然循环换热系统。相变换热器中, 中间热媒水吸收烟气热量后变成水蒸气, 水蒸气通过上升管汇集到换热汽包内;相变换热汽包为管壳式换热器, 水蒸气在汽包发生相变放热后冷凝为水, 经由下降管流回至相变换热器中。从冷渣器出口的凝结水管道引出部分凝结水, 进入换热汽包管内, 吸收水蒸气的汽化潜热;从6#低压加热器进口引出部分凝结水与相变换热汽包出口的凝结水汇合, 共同引入传统低压省煤器进口, 吸收烟气热量后在5#低压加热器进口点重新进入主凝结水管道。

2 新型烟气余热回收系统设计参数选择

2.1 低温腐蚀酸露点估算

从图2看出[4], 根据腐蚀速率与换热管壁面温度密切相关, 沿着换热管壁面温度方向存在两个腐蚀安全区, 此时换热管腐蚀速率较小;若换热管壁面温度高于烟气酸露点则避免低温腐蚀。采用冯俊凯[13]推荐的经验公式计算得到实际燃用煤种烟气酸露点为85℃。根据低温腐蚀的机理, 只要保证低温受热面金属壁温高出烟气酸露点温度5℃左右, 就可以避免产生低温腐蚀。因此, 通过温度自动控制系统, 调节进入相变换热汽包内凝结水流量来控制相变换热器壁面温度不低于90℃, 始终高于烟气酸露点, 避免低温腐蚀。

2.2 设计参数选择

通过计算实际燃用煤种烟气酸露点来设定相变换热器管子的最低壁面温度, 在保证烟气与中间热媒一定换热温差的基础上, 设定烟气、中间热媒以及凝结水的温度节点。

新型余热回收系统的主要设计参数见表1所示。

通过两种技术的结合, 在保证机组安全、稳定运行的基础上, 将锅炉排烟温度从150℃降至105℃, 降低45℃;凝结水温从55℃加热至130℃, 升高75℃, 从而实现了烟气余热深度回收利用。

3 经济效益理论分析

3.1 计算依据

该机组是由东方电气集团东方汽轮机有限公司生产的型号C300/256.6-16.7/1.0/537/537型亚临界、一次中间再热、高中压合缸、双缸双排汽、单轴抽汽凝汽式汽轮机, 机组的回热系统参数如表2所示。

3.2 经济性计算结果

结合等效焓降原理以及节能定量分析理论[4], 利用新型烟气余热回收系统后, 机组主要热力计算及经济性计算结果如表3。

计算结果看出:烟气温度降低45℃, 凝结水温从55℃加热至130℃, 排挤了5#、6#低压加热器抽汽, 抽汽效率分别为0.233和0.194, 排挤的抽汽品质相应更高, 节约标煤量达到近3.5 g/ (k W·h) 。

3.3 对凝汽器真空的影响

采用新型烟气余热回收技术后, 烟气余热替代原回热系统部分抽汽加热主凝结水, 将排挤部分抽汽返回汽轮机继续膨胀做功。同时排挤的蒸汽做功后导致凝汽器的排汽量增大, 冷源损失增加, 在凝汽器循环水换热量一定的前提下, 必定使凝汽器真空降低, 通过计算发现, 凝汽器背压升高0.043 k Pa, 引起煤耗增大0.13 g/ (k W·h) 。

3.4 对引风机性能的影响

采用烟气余热回收系统后, 烟气侧阻力增加约为450 Pa, 直接导致引风机电耗增加;同时, 加装系统后烟气温度降低, 烟气的密度增大, 烟气的体积流量减小, 引风机电耗将减小。通过计算得出, 由温度降低引起引风机电动机功率减小量大于由烟气阻力增大引起风机电动机功率增大量, 引风机电动机能耗降低了91.3 k W/h, 进一步提高了引风机的安全性和经济性。

4 结论

(1) 卧式相变换热器技术将高于烟气酸露点的换热器最低壁面温度作为“第一”设计参数, 保证换热面不结露, 不腐蚀。相变换热汽包解决了引出凝结水温度对换热器的影响, 允许较低的凝结水温度进入相变换热器, 无需考虑换热器的酸腐蚀问题。将其与传统低压省煤器相结合, 在保证机组安全、稳定运行的基础上, 不仅避免了换热设备的低温腐蚀, 更实现了烟气余热深度回收利用, 节约标煤量高达近3.5 g/ (k W·h) 。

(2) 采用新型烟气余热回收技术后, 凝汽器背压升高0.043 k Pa, 引起煤耗增大0.13 g/ (k W·h) , 对凝汽器真空影响微乎其微。采用烟气余热回收系统后, 引风机电动机能耗降低了91.3 k W/h, 进一步提高了引风机的安全性和经济性。

(3) 两项技术的结合, 关键点在于找出每级换热器最佳出口烟温, 保证节能效益最大化。

摘要：为解决某300 MW火力发电厂循环流化床锅炉排烟温度偏高的问题, 提出将传统低压省煤器与卧式相变换热器相结合的新型烟气余热回收技术。该技术不仅能预防换热设备酸腐蚀, 还能实现电厂烟气深度余热回收节能。给出了系统的具体布置方案和设计参数, 分析了系统对凝汽器真空以及引风机性能的影响, 并应用等效焓降理论及节能定量分析理论进行理论计算。计算结果表明, 采用该系统后, 锅炉排烟温度降低45℃, 降低标准煤耗近3.5 g/ (kW·h) 。

烟气回收技术 篇7

关键词：顶吹转炉,二恶英,余热锅炉,喷雾冷却器

1 引言

当前, 节能减排、降低能耗、提高能源综合利用率作为能源发展战略规划的重要内容, 是解决我国能源问题的根本途径, 处于优先发展的地位。

顶吹转炉是笔者公司自主研发的一种新型的低品位废杂铜冶炼设备, 具有原材料适应能力强, 铜回收率高等优点。顶吹转炉工作时烟气温度高达1100℃, 余热有很高的回收价值, 但废杂铜来源繁杂, 原料中常含有有机物, 顶吹转炉在运行时烟气中不仅含有Cl、Br等卤素腐蚀锅炉内壁, 且部分燃烧不完全的有机物冷却过程中在250℃~600℃温度范围内停留足够时间时易产生二恶英气体, 对环境污染极大, 目前还没有上述特定条件下的烟气余热回收技术和设备, 国内外同行业不断探索、研究、试验, 但效果一直不太理想[1,2]。为此, 笔者公司提出采用顶吹转炉上配备二段式余热锅炉设备回收了烟气中大量的余热, 并创新采用低压力运行、喷雾冷却、活性碳喷射等技术净化了杂铜冶炼烟气, 遏制了二恶英气体生成, 尾气排烟含尘浓度小于20mg/Nm3, 可为其他同类公司的烟气余热回收技术及遏制有害物质的产生提供借鉴作用。

2 烟气特点

2.1 顶吹转炉余热锅炉入口烟气条件

如表1为低品位废杂铜冶炼期余热锅炉入口烟气条件。

2.2 余热锅炉烟气特点

余热锅炉烟气温度高, 高达1100℃;烟气连续, 但烟气量波动较大, 废杂铜加料阶段烟气明显要比氧化还原阶段烟气条件差;根据工艺专业要求, 考虑顶吹转炉将来可能处理电子废料, 导致烟气中会有少量Cl, Br等卤素元素;含尘量大, 高达100g/Nm3, 并且烟尘中含有大量的活泼金属这些金属将与烟气中的HCl、Cl2等气体反应生成腐蚀性强的氯化盐, 影响锅炉金属壁的使用寿命;SO2+3浓度低, 仅有0.02%, 由SO2+3与H2O可能发生的低温腐蚀倾向较小。

3 工艺流程

顶吹转炉产生的高温烟气, 被吸入到余热锅炉二段式烟道, 锅炉膜式水冷内壁的循环水回收了烟气中大量的显热, 产生蒸汽供电解生产加热使用, 而烟气温度在此过程中从余热锅炉入口温度的1100℃左右降到出口温度的600℃。从余热锅炉出来的烟气进入喷雾冷却器经过水雾的喷淋, 使烟气在250℃~600℃区间骤冷, 遏制了有机中间产物形成二恶英。烟气经过喷雾冷却器的喷淋后进入板式烟气冷却器进一步降温, 烟气温度从约350℃降至170℃以下后进入布袋收尘器收集了烟气中大量的烟尘, 布袋收尘器处理后的烟气经排烟风机、烟囱排入大气, 最终尾气含尘小于20mg/Nm³。此外, 在布袋收尘器前安装有活性炭喷射系统及急冷空气吸入阀, 活性炭喷射系统用来吸附烟气中微量的二恶英颗粒, 而急冷空气吸入阀用来控制进入布袋的烟气温度, 当烟气温度过高情况下布袋收尘器入口的急冷空气吸入阀视入口烟温自动打开, 吸入冷空气, 降低烟气温度。如图1为顶吹转炉烟气净化及余热回收工艺图。

4 主要设备

4.1 余热锅炉技术要点

余热锅炉呈二段式“V”字形状, 锅炉汽包的工作压力为1.25MPa, 炉水的饱和温度为194℃, 采用循环泵强制冷却。由于余热锅炉入口烟气温度高、含尘量大, 因此余热锅炉的结构形式、清灰方式必须采取相应措施来防止或减轻其积灰、堵塞、磨损等问题。余热锅炉设计时采用了以下技术要点:

(1) 因烟气中SO2+3的含量很低, 烟气中的硫酸蒸汽露点温度为140℃左右, HCl的蒸汽露点温度为60℃以下。为防止锅炉换热面上硫酸蒸汽结露和盐酸蒸汽结露造成低温腐蚀, 将锅炉汽包的工作压力控制为1.25MPa, 炉水的饱和温度控制为194℃, 避开硫酸、盐酸蒸汽结露点, 防止低温腐蚀。

(2) 当处理电子物料时, 烟气中会含有HCl、Cl2、氯化盐等高温腐蚀性气体和灰尘, 因此防止余热锅炉发生高温腐蚀, 提高使用寿命是余热锅炉设计的首要任务, 我们在最容易发生高温腐蚀的余热锅炉入口段采用堆焊技术, 在余热锅炉内壁堆焊耐高温腐蚀合金;并采用余热锅炉入口段方便更换的分拆技术, 对寿命较短的受热面进行快速更换。

(3) 上升烟道、下降烟道均设有膜式水冷壁, 顶吹转炉出口与余热锅炉的进口连接采用了以填料密封的柔性连接方式;锅炉出口与后部烟道直接焊接, 并设有补偿装置, 以上措施可有效防止锅炉漏风, 使之具有良好的密封性。

(4) 采用直通上升烟道式结构, 在烟气的上升段将熔融灰尘凝固, 并重新调回顶吹转炉, 减少后部烟气的灰尘含量, 有利于余热锅炉的清灰。

(5) 水冷壁外侧设弹簧锤振打清灰装置, 可解决锅炉受热面积灰问题, 锅炉出口烟道的氧气在线检测仪在线监测烟气中含氧量以判断燃烧完全效果, 一旦有异常燃烧, 可通过锅炉侧壁配置的9支喷管鼓入富氧空气以达到控制充分燃烧。

4.2 喷雾冷却器技术要点

喷雾冷却器是遏制烟气中二恶英产生的关键设备, 研究[3,4]表明, 当烟气温度大于850℃时, 二恶英的分解速度远大于聚合速度, 二恶英难以形成, 而烟气在250℃~600℃范围内停留足够长时间时, 二恶英又将重新聚合生成。因此, 要遏制二恶英的生成, 就必须使烟气绕过250℃~600℃的温度区间, 喷雾冷却器通过喷雾冷却方式使烟气温度从600℃骤降至250℃左右。工作时, 高压气体与冷却水在喷雾冷却器内混合, 高压下冷却水通过喷嘴得到了雾化, 喷嘴采用了高效率、双流体、双相内混式的气体雾化结构, 有较宽的流量范围, 使雾滴细小稳定。喷嘴安装在喷雾冷却器上方, 有很好的热交换条件, 使雾滴与从上而下的高温烟气作用, 吸收了烟气中大量的热量及粉尘;为了避免喷出的水雾相互重叠, 喷枪采用环形交错的方式安装。

4.3 板式冷却器技术要点

板式冷却器是以强制对流、间接冷却的方式带走高温烟气管壁热量的冷却设备, 通过冷却轴流风机, 将入口烟气温度从约350℃降至出口170℃以下。冷却轴流风机的速度可以手动调节控制, 根据布袋收尘器入口控制的温度不同, 其运行速度也不同, 当布袋收尘器入口温度连续升高, 冷却轴流风机的速度和冷却器的冷却效率也相应提高;为阻止烟气对板式冷却器的腐蚀, 冷却元件采用不锈钢材料。

4.4 布袋收尘器技术要点

冷却后的含尘气体从进风口进入布袋收尘器后, 气流便转向流入灰斗, 同时气流速度变慢, 由于惯性作用, 使气体中的粗颗粒粉尘直接落入灰斗, 起到预收尘的作用。细小的粉尘被捕集在布袋的外表面, 净化后的气体进入布袋室上部的清洁室, 汇集到出风口排出。布袋的清灰采用压缩空气, 由PLC给定的时间间隔对每个布袋进行自动清灰。压缩空气由喷吹管各孔眼喷射出, 把布袋上粘结的粉尘清下来, 使布袋保持通风顺畅, 连续运行, 布袋收尘器是一种高效收尘设备, 只要滤袋不破损, 其收尘率可大于95%, 且烟尘性质对收尘效率影响不大。此外, 在布袋收尘器前安装有活性炭喷射系统及急冷空气吸入阀, 往烟气中喷射活性炭粉, 以便吸附烟气中的二恶英。布袋收尘器之前管道上的活性炭喷射装置按时、按量喷入活性炭, 吸附烟气中的二恶英颗粒, 烟气温度过高情况下布袋收尘器入口的急冷空气吸入阀视入口烟温自动打开, 吸入冷空气, 降低烟气温度。

5 烟气处理效果

项目具有很好的经济效益和社会效益, 通过余热锅炉回收了烟气中大量的余热, 每台余热锅炉年回收蒸汽量9.5万吨, 节能产生的经济效益550万元/年;遏制了二恶英合成, 尾气排烟含尘浓度小于20mg/Nm3, 并防止了余热锅炉的高温腐蚀, 确保余热锅炉的运行安全、环保。

参考文献

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烟气回收技术 篇8

1 国内烟气余热回收现状

目前, 国内工业炉窑一般采用预热器回收烟气余热, 预热器分换热式和蓄热式[2]。

换热式预热器是利用离炉烟气余热通过辐射和对流传热将预热器壁加热, 再对流经器壁另一侧的空气或煤气以对流方式进行加热[2], 从而实现热量由烟气向空气或煤气传递的过程。受材料的影响和对排烟温度的限制以及受费用限制, 常规换热技术的热回收率一般只有50~60%, 出预热器排烟温度通常控制在200~350℃甚至更高。

蓄热式预热器是通过换向装置使成对设置的蓄热装置交替蓄热 (流过烟气) 和预热 (流过空气或煤气) , 从而间接实现热交换的过程。早期的蓄热式预热器是用耐火砖砌成的格子砖结构, 结构笨重、造价高, 不如换热式预热器的应用范围广泛。近年来, 随着高温空气燃烧技术 (High Temperature Air Combustion-HTAC或Highly Preheated Air Combustion-HPAC) 的推广应用, 蓄热式预热器与燃烧装置有机结合, 形成了蓄热式燃烧器 (蓄热室或蓄热烧嘴) , 其空气或煤气预热温度可高达1100℃, 排烟温度可降低到150℃以下[2]。

国内换热式预热器多采用金属结构, 而采用蓄热式燃烧器回收余热时, 其排烟管路及排烟风机也为金属结构, 均易受“露点腐蚀”的影响。露点腐蚀主要是由于燃料燃烧后的烟气中含有SO2、SO3、NOX等酸性气体, 此外还含有大量水蒸汽。当烟气降低至一定温度 (露点温度) 以下, 水蒸汽会冷凝成液态水并吸附烟气中的酸性气体, 成为酸性溶液附着在设备或管路上, 对设备及管路造成严重腐蚀。所以, 工业炉窑排放的烟气温度通常要控制在露点以上。烟气中的水蒸汽分压力低, 仅仅考虑水蒸汽的话冷凝温度是低于100℃的。但是烟气中SO3、SO2等酸性气体的存在会使烟气露点温度显著升高, 因此一般烟气的露点温度高于100℃。为确保不出现露点, 运行中的各种工业炉窑, 排烟温度基本都控制在150℃以上[4]。

受“露点腐蚀”等因素影响, 目前工业炉窑排烟温度一般都控制在露点温度以上, 此时烟气中的水蒸汽处于过热状态, 烟气和烟气中的水蒸汽所携带的显热和汽化潜热全部排入大气中, 造成较大的排烟损失。

2 烟气冷凝余热回收技术

化石燃料, 尤其是以天然气为代表的碳氢燃料的燃烧产物中含有大量水蒸汽, 由于工业炉窑排烟温度高于水蒸汽冷凝温度, 因此这部分水蒸汽以气态形式排出系统, 其热量得不到充分利用, 燃料的热值基本上都以低位发热量计算。如果能将烟气中的水蒸汽冷凝下来, 回收水蒸汽的冷凝潜热, 可大大提高燃料的利用率[4]。烟气冷凝余热回收装置的技术原理, 就是利用温度较低的水或空气冷却烟气, 把烟气温度降低到烟气中水蒸汽冷凝, 同时实现烟气显热和水蒸汽冷凝潜热的回收利用。

西方发达国家在20世纪70年代就已经开始研究烟气中水蒸汽的冷凝余热利用, 并开发出了冷凝式锅炉和冷凝式燃气热水器, 我国在这方面也进行了一定的研究, 目前在锅炉及燃气热水器等设备上有一些应用, 但这些应用多是有低温给水的场合, 用来产生热水或水蒸汽。对于没有给水加热要求的工业炉窑, 鲜见有实际应用。近年来, 随着环保节能需求的日益增加, 对炉子换热后的低温烟气进行二次利用势必会成为一种趋势。

2.1 节能效果分析

烟气中的热量以显热和潜热两种形式存在, 因此工业炉窑的热损失也由烟气的显热损失和潜热损失组成。显热损失取决于烟气的温度和烟气组成成分的热容量, 潜热损失取决于烟气中以水蒸汽形态存在的水量的多少[5]。根据文献[2], 理论燃烧时各种燃料生成水蒸汽的概略成分见表1。

从表1可以看出, 烟气中水蒸汽成分占有不小的比例, 其带走的热量, 具有很大的回收利用空间。以燃天然气加热炉为例, 天然气低发热值为35240k J/Nm3, 主要成分如表2。

1Nm3天然气理论空气需要量为9.5Nm3, 取过量空气系数为1.05, 产生烟气量为10.84Nm3, 其中H2O生成量约为1.96 Nm3 (约1.578kg) 。以排烟烟气温度200℃为例计算, 烟气带走物理显热约为3000k J, 水蒸汽带走的潜热约为3700 k J, 共计6700 k J, 约占天然气低发热值的19%, 其中汽化潜热约占10.5%。这意味着当天然气燃烧每产生100 k W显热时, 同时也提供了10.5k W的潜热, 这部分热量无论是否被利用总是存在的[6]。在排烟温度较高时, 水蒸汽不能冷凝放出热量, 随烟气排放, 大量潜热被浪费。同时, 高温烟气也带走大量显热, 一起形成较大的排烟损失。

如果通过烟气冷凝余热回收方式, 将排烟温度降至水蒸汽凝结温度以下, 不仅可以回收利用烟气的显热, 还可回收天然气燃烧时产生的水蒸气凝结时放出的大量潜热。以烟气温度由200℃降至60℃为例计算, 烟气释放物理显热约为2000k J, 水蒸汽冷凝率取50%计算, 水蒸汽冷凝释放的潜热约为1850 k J, 合计放出热量为3850 k J, 达到天然气低发热值的11%, 节能效果显著。有研究表明, 烟气潜热放热量可达到烟气总放热量的 (1/2) ~ (2/3) [6], 具有很高的热回收价值。

另外, 烟气冷凝后, 除极大的回收热量外, 还可产生一副产品--冷凝水。以100t/h燃天然气加热炉为例, 燃料消耗为3700Nm3/h, 小时冷凝水量可达2.9~4.6吨。对于灰分少的燃料, 如天然气, 其燃烧冷凝水相当于蒸馏水, 没有硬度, PH值呈中性或弱酸性, 可在简单处理后用作加热炉汽包或锅炉补水等进行综合利用, 既节省了软化水工序成本, 又减小了工业排放。同时, 由于冷凝水还带有一定的温度, 作为汽包或锅炉补水后, 其携带的热能将被再次利用。

2.2 环保效果分析

工业炉窑对大气的污染来源于燃料的燃烧。燃料燃烧后产生的废气中有烟尘、硫和氮的氧化物、碳氢化合物、一氧化碳等有害物质[3]。这些有害物质易形成雾霾、促成酸雨产生或温室效应、诱发大气臭氧层的破环或影响臭氧生成, 对环境造成很大的危害。

采用烟气冷凝技术回收烟气余热, 烟气中的水蒸汽冷凝成水, 可以吸附一部分烟尘, 降低烟尘排放。采用直接接触式水-气热交换进行冷凝余热回收, 甚至可以实现类似湿法除尘的效果。另外, 烟气中的主要污染物SO2、SO3、CO2、NOX可与烟道中冷凝结露的H2O发生反应生成对应的酸, 其化学方程式如下:

反应生成的酸将随着凝结水排出, 从而使烟气中的有害成份含量大大减少。酸性的冷凝水排出时应根据需要加入适量的氢氧化钙或氢氧化钠进行酸碱中和处理, 也可加入碳酸钠进行进一步软化处理, 反应如下:

经过处理的冷凝水可直接用于汽包或锅炉等补水, 也可作为低温热源用于取暖或加热工艺用水等。这样既节约了热能、节省了水, 又减少了排放, 具有一定的环保效果。

3 工程应用方案

近年来, 随着非金属换热器、热管技术及防腐涂层等技术的发展, 大大降低了“露点腐蚀”对冷凝余热回收装置的影响, 使冷凝余热回收的普及应用逐渐成为可能。工业炉窑烟气工况及余热利用方向不尽相同, 以下提出几种常规应用方案, 具体实施时需根据具体情况综合考虑最佳应用方案。

3.1 采用间接换热方式预热空气或加热水 (见图1)

本方案在工业炉窑排烟烟道尾部增加冷凝回收装置, 利用烟气余热预热空气或加热水。由于低温时气-气换热效率较低, 利用烟气余热预热空气需要的换热面积较大, 相应余热回收装置投资较大, 适宜用于烟气温度相比略高或无其它更有效余热回收用户。

加热水是目前锅炉行业最常用的烟气余热回收方式, 加热的热水可用于锅炉自身补水或生活用水, 在北方采暖季节还可用于供暖。对于工业炉窑来说, 由于其烟气量一般相比较大, 余热加热的热水量也就较大, 如80t/h燃天然气加热炉, 以排烟温度由170℃冷凝至60℃计算, 其回收热量每小时可加热60吨左右热水 (常温水加热至60℃) , 这往往会大大超出加热炉自身需求的汽包补水或者厂区生活用水需求量, 造成回收热量不能得到有效使用, 为此需要对整个热回收系统进行综合考虑, 尽可能采取多用户方式或采取热泵技术提高余热资源品质以满足更多的热用户需求。

3.2 采用直接接触式热交换方式加热水 (见图2)

该方案冷凝余热回收装置通常采用垂直布置型式, 烟气由下部进入, 由上方排出;冷水由上方进入, 通过重力自上而下, 直接与烟气接触发生热交换, 加热的热水由下方排出。由于烟气和水直接接触, 传热温差小, 换热效率高, 烟气中污染物得到清洗, 利于环保, 但水质受污染, 对于一些含有硫的燃料燃烧产生的烟气, 为防止热水被污染, 需要在进水中加入适量的中和液, 以满足使用要求。

3.3 采用联合热回收方式生产蒸汽 (见图3)

软水或将工业新水进行软化处理, 通过冷凝余热回收装置加热至70~90℃, 再供入高压蒸汽锅炉二次加热产生高压蒸汽, 并入厂区蒸汽管网或用来驱动汽轮机组发电, 实现烟气余热的联合回收。考虑到换热效率的因素, 该方案适宜用于排烟温度较高的工业炉窑, 不宜用于采用蓄热式燃烧技术的工业炉窑。

4 结论

烟气冷凝余热回收技术具有很好的节能及环保效果, 是一种有效的低温余热回收方式, 虽然其一次性投资较大, 但随着市场竞争日益激烈、能源紧缺及环境污染的加重, 节能及环保需求日益强烈, 烟气冷凝余热回收技术势必将在工业炉窑行业普遍应用。

参考文献

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[4]葛京鹏.蓄热式烟气冷凝余热回收装置试验研究[D].武汉:华中理工大学, 2011.

[5]王志勇, 寇广孝等.燃油锅炉烟气冷凝余热回收技术探讨[J].建筑热能通风空调, 2010, 29 (3) .

烟气回收技术 篇9

一、流程简述

脱硫后的硫酸镁废液经除杂后的温度约为30℃, 硫酸镁的含量约为12%, 废液经两级预热器预热后进入三效蒸发器进行蒸发浓缩, 浓缩至饱和溶液, 由出料泵输送至DTB结晶器;硫酸镁饱和溶液在结晶器内降温结晶形成七水硫酸镁晶体, 结晶溶液经离心分离后, 母液返回蒸发器继续蒸发浓缩, 分离出的结晶进入流化床进行干燥, 最后七水硫酸镁产品进行包装。

生蒸汽经热泵减压后进入一效加热室的壳程换热冷凝, 冷凝水进入三效蒸发器余热再利用;一效分离室产生的二次蒸汽部分被热泵抽吸、压缩后返回一效加热室的壳程, 其余二次蒸汽进入二效蒸发器换热冷凝, 冷凝水进入三效蒸发器再利用;二效分离室产生的二次蒸汽进入三效蒸发器换热冷凝, 冷凝水进入冷凝水罐回收再利用;末效产生的二次蒸汽进入间接冷凝器进行冷凝回收。附图1

二、蒸发工艺特点

1、脱硫后的硫酸镁废液的处理量较大, 硫酸镁沸点升高较低, 为了较大程度降低汽耗, 采用三效加热泵的蒸发流程。

2、一效蒸发器所产生的二次蒸汽的温度、压力比生蒸汽的较低, 消耗一部分高压、高温蒸汽通过热泵将部分二次蒸汽的压力提高[2], 其温度也将相应提高, 将提高压力后的二次蒸汽代替生蒸汽作为一效蒸发器的热源, 其余的二次蒸汽作为下一效蒸发器的热源;三效蒸发系统加入热泵在很大程度上节省了蒸汽的消耗。

3、硫酸镁废液进入蒸发系统的温度为30℃, 利用三效蒸发器的二次蒸汽通过乏汽预热器将废液预热到50℃, 再利用一效蒸发器的冷凝水将废液预热至70℃, 提高废液进入一效蒸发器的温度, 不仅减小了一效蒸发器和间接冷凝器的面积, 而且也减小了蒸发系统的蒸汽消耗, 最大程度的将废热进行了利用。

4、各效蒸发器间的液体是靠效间的压力差进行输送的, 不仅减少了各效间部分管道及输送设备的投资, 在生产过程中还减小了一部分电耗。

5、蒸发器均采用强制循环型蒸发器, 利用强制循环泵作为液体在加热室和分离室间形成循环的推动力, 控制液体在加热管内的循环流速在1.2-3.0m/s间, 避免液体在蒸发器内局部过热或浓度过大造成结垢、结疤;液体流动推动力与传热、汽化、汽液分离的功能分开, 所以强制循环蒸发器的适用范围更广。

三、结晶、干燥系统工艺特点

1、连续结晶器选用DTB型结晶器, DTB型结晶器属于典型的晶浆内循环结晶器;结晶器设置内导流筒, 形成了循环通道, 使晶浆具有良好的混合条件, 只需要很低的压头, 就能使器内实现良好的内循环, 使器内各流动截面上都可以维持较高的流动速度, 并使晶浆密度可高达30~40% (重量) 。在结晶中能很好的控制结晶的结晶形状, 能使物料的结晶可控制。

2、冷却器即结晶器的外冷器, 通过结晶循环泵的流量控制冷却器换热管内的液体流速, 保持管内液体相对稳定的流动速度, 当液体的流动速度大于结晶颗粒的沉降速度时, 换热管内的结晶才不致于沉降堵塞换热管;调节冷却器壳侧的冷却水的温度及流量, 保证进、出冷却器的硫酸镁溶液的温差不能太大, 如果温差太大, 在换热管内会析出大量的结晶堵塞换热管;

3、在DTB结晶器内形成的七水硫酸镁结晶经过双级活塞离心机进行离心分离, 分离出来的结晶含水率约为3%-5%左右;由于七水硫酸镁固体在温度高于70℃受热分解, 因此振动流化床内的床层温度不能高于70℃, 七水硫酸镁在流化床内受热均匀, 物料与热风充分接触, 能够达到较好的流化状态, 能够得到颗粒粒度较为均匀、含水率较低的七水硫酸镁干品。

四、结论

由于硫酸镁废液中含有一定的杂质, 在蒸发过程中, 产生了一部分问题, 例如:蒸发器换热管结垢、系统连续运行周期短、能耗高, 而三效顺流强制循环蒸发系统解决了这个问题, 延长了设备的清洗周期, 有效的解决了蒸发系统连续运行和能耗的问题, 三效蒸发系统在运行过程中工艺简单、操作方便、运行费用较低, 而且该套系统的实际生产中也得到了验证。

经蒸发浓缩后的硫酸镁过饱和溶液在DTB结晶器内结晶, 结晶器内的温度在1.8-48.2℃左右时析出七水硫酸镁, 当过饱和溶液温度提高时, 析出的晶体中的就含有六水合物, 因此快速、有效的降低结晶器内的温度并且在外冷器的列管内不结晶成为DTB结晶器的控制难点。在实际生产过程中, 通过调节结晶循环泵的流量和冷却水的温度、流量, 可以较稳定的控制外冷器的进出口温差, 实现结晶器的连续运行。

因此, 经过实际生产的验证, 该套系统在硫酸镁脱硫废液处理上具有十分明显的经济效益和社会效益。

注释

1[1]天津化工研究院等编无机盐工业手册 (下册) 化学工业出版社1087-1093

烟气余热深度回收方法研究 篇10

关键词：烟气余热,深度回收,换热器,热电联产

引言

随着我国经济的发展,人们对能源的需求与日俱增,同时也对能源的品质提出了更高的要求。我国的能源结构主要以燃煤为主,占据总能源消耗的四分之三以上。煤炭燃烧产生的大量氮氧化物、硫氧化物、碳氧化物以及粉尘等物质,是造成环境污染的主要因素。与煤炭相比,天然气属于清洁能源,其主要由甲烷组成,燃烧产生的烟气中没有粉尘和硫化物,大大降低了对环境的污染。在我国,随着西部气田的开发,天然气这种高热值清洁能源将得到广泛的应用。以北京为例,在未来几年内,中心城区的集中供暖系统将逐步实行煤改气工程,即由燃煤锅炉逐步改造为具有较高的热值的燃气锅炉[1]。

目前,燃气锅炉的排烟温度都很高(150°C~250°C),烟气中夹带有大量的水蒸汽,占烟气成分的20%。如果直接排放,水蒸气不仅会携带走有大量的汽化潜热(占天然气高位发热量的10%~11%),导致锅炉效率降低[2]。而且会导致空气湿度增加,造成水雾以及雾霾的形成。虽然在相同供热量的前提下,燃气锅炉氮化物的排放量相对于燃煤锅炉显著降低了,但是随着燃气锅炉的普及,其排放的氮氧化物对环境的污染不容小视。因此,在加快实施燃煤改燃气步伐的同时,开发具有高效烟气余热回收装置对节能减排具有实质性的意义。

1 烟气余热回收

提高燃气锅炉的热效率的两个主要途径:一是提高燃气系统的燃烧效率;二是提高排烟热能利用率。因此,燃气锅炉的热效率主要与过量空气系数以及排烟的温度有关。图1为在不同排烟温度下以及过量空气系数下的锅炉效率曲线。从图中可以看出,随着排烟温度的逐渐降低,其锅炉效率呈阶梯式上升。在排烟温度200°C时仅为86%左右,在高于露点的温度范围内,其效率随着温度的下降缓慢升高。当烟气温度下降到露点一下时,由于烟气的潜热被吸收,且其效率显著提升到96%左右[3]。传统的燃气锅炉,为了防止低温酸腐蚀,其排烟温度设计为180°C左右,远高于露点温度,因此大量的显热和余热被浪费。通过烟气余热回收技术,即在燃气设备尾部增设冷凝水换热器,对这些热能加以利用,不仅可以减少燃料的消耗,而且可以为企业节约成本,提高经济效益。

烟气余热回收技术的基本原理是通过高温烟气与低温介质(空气、水等)之间的热交换来实现的。通过冷凝介质将锅炉烟气排放温度降至露点以下,水蒸气因冷凝释放出大量的气化潜热,从而可将锅炉的热效率提高到100%以上。同时冷凝式锅炉内的水蒸气冷凝后,可以溶解大部分的NOx、CO2,减少了烟气对环境的污染。

对冷凝式锅炉的研究始于1971年,法国煤气公司和液化工业公司对冷凝式锅炉进行了最早的研究,且于1972年建成了数个成功的示范系统。随后欧美多家公司相继设计出燃气装置的烟气冷凝回收系统,并在西方发达国家的采暖等方面得到了广泛应用。然而,相比于西方国家,我国对燃气冷凝式锅炉的研究不多。近年来,随着锅炉改造步伐的加快,设计高效燃气冷凝式锅炉势在必行。

2 燃气冷凝式锅炉

2.1 直接接触式冷凝锅炉

根据换热的方式不同,可以分为间接式和直接接触式冷凝式锅炉。直接接触式冷凝式锅炉,一般是以水为冷凝介质,采用喷淋逆流方式流入烟气气流,冷凝水与烟气在锅炉内发生直接的热量交换。当有足够数量的水时,烟气将会被冷凝到绝对饱和温度以下,即低于烟气露点温度。最终烟气以低温饱和水的状态离开系统,而水以被加热的形式离开系统。

直接接触式冷凝式锅炉的结构示意图如图2所示[4],锅炉冷凝水经泵输入6-给水雾化器,经过雾化喷嘴雾化成细小水雾,从而增大了冷凝水与烟气的传热传质比表面积,提高了锅炉的传热效率。高温烟气经1-烟气进口自下而上流入,与从雾化器逆向流入的冷凝水进行直接换热,在高温烟气显热被充分吸收的同时,其携带的水蒸气释放出大量的气化潜热而被冷凝,并伴随着加温后的冷凝水从8-出水座流出锅炉。直接冷凝式锅炉具有以下特点:

(1)有着很高的传热系数;

(2)结构简单,耗材小;

(3)无端差,易于小温差传热;

(4)不存在传热面带来的污垢热阻,间壁热阻;

(5)冷凝水与烟气接触时能起到洗气的作用从而减少了烟气中污染物的排放。

2.2 间接式冷凝式锅炉

在间壁式烟气余热回收装置的换热过程中,冷凝液与高温烟气不发生直接接触,热量的传递仅通过中间的固体壁面来完成。由于间壁式换热器冷热工质是间隔的,因此其换热系数要低于直接接触式换热,在相同换热量的前提下,所需的锅炉体积大,换热面耗材要高[5]。烟气冷凝产生的冷凝水会吸收部分烟气中的酸性气体,导致冷凝液酸性(p H=5.5~6.5),在长期运行过程中会对换热面材料造成严重腐蚀,同时由腐蚀产生的污垢会影响换热面的换热系数,导致锅炉的换热效率降低。常见的间接式换热器有板式换热器、管事换热器。板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。各板片之间形成薄矩形通道,通过半片进行热量交换。板式换热器特殊的结构及换热原理使得其具有结构紧凑、占地面积小、传热效率高、热损小、安装和清洗方便等特点。在烟气冷凝系统中具有很广泛的应用前景。

2.3 热管换热器

传统的换热器主要采用管板式结构,在回收余热的过程中具有换热器体积大、耗材大、烟气阻力大、易产生低温腐蚀等缺点,对系统的设计布局带来不便。而热管换热器作为一种新型、高效的换热元件可以解决上述问题[6]。以重力式热管为例,如图3所示,它主要由管壳,外部扩展受热面、工质组成。热管是密封的,且在装入工作液体前被抽真空。工作液体在热端吸收热量而沸腾汽化,产生的蒸汽流到冷端放出潜热而凝结为液体,凝结液在重力的作用下回到热端被再次加热沸腾,如此反复,热量不断有工作液体从热端传递至冷端,完成热循环。热管其特殊的结构,使得其具有换热系数高、流体阻力小、壁问可调控、安全可靠等特点[7]。

3 结束语

随着烟气余热深度回收技术中燃气锅炉的节能优化不断取得突破,热管换热器的研究与应用也取得很大进步,目前吸收式热泵技术与二者的结合集成大大降低了热电联产集中供热能耗,大幅度提升了热网的供热能力,已经在不少热电联产集中供热的电厂得到了应用和推广,取得了良好的经济效益和环境效益。

参考文献

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[3]王志勇,刘畅荣,王汉青,寇广孝(2010)燃气锅炉烟气热损失及冷凝余热回收.煤气与热力30(6):4-7.

[4]刘武标,林世平,陈鹏飞,林晶(2007)新型燃气锅炉尾部烟气余热回收节能器的应用研究.能源工程(3):70-72.

[5]杨石,顾中煊,罗淑湘,钟衍(2014)我国燃气锅炉烟气余热回收技术.建筑技术45(11):976-980.

[6]张欣,赵清晨(1998)热管换热器在小型锅炉上的应用.山西建筑3:029.